第八章防雷与接地

1、第八章第八章 接地与防雷接地与防雷第一节第一节 接地概述接地概述第二节第二节 雷电的形成及危害雷电的形成及危害第三节第三节 防雷装置防雷装置第四节第四节 输电线路和变电所的防雷输电线路和变电所的防雷第五节第五节 工厂供电系统的防雷工厂供电系统的防雷第六节第六节 建筑配电系统的防雷建筑配电系统的防雷第一节第一节 接地概述接地概述 大地是无穷大的散流体，无论多高的电压、多大的电流，大地是无穷大的散流体，无论多高的电压、多大的电流，都不能改变大地始终保持零电位的特性。都不能改变大地始终保持零电位的特性。 将电气设备中带电或不带电的部位与大地连接，称为电将电气设备中带电或不带电的部位与大地连接，称为电

2、气连接，简称接地。气连接，简称接地。1 1、1 1 接地类型接地类型 按接地目的不同，接地可以分为：按接地目的不同，接地可以分为：工作接地工作接地 工作接地是为了保证电力系统、电气设备正常工作而进工作接地是为了保证电力系统、电气设备正常工作而进行的接地，即中性点接地运行方式。例如发电机、变压器的行的接地，即中性点接地运行方式。例如发电机、变压器的中性点直接接地运行方式。中性点直接接地运行方式。保护接地保护接地防雷接地防雷接地防静电接地防静电接地 保护接地是将电气设备的金属外壳、配电装置的构架、保护接地是将电气设备的金属外壳、配电装置的构架、线路的塔杆等正常情况下不带电，但可能因绝缘损坏而带电线

3、路的塔杆等正常情况下不带电，但可能因绝缘损坏而带电的所有部分接地。因为这种接地的目的是保护人身安全，故的所有部分接地。因为这种接地的目的是保护人身安全，故称为保护接地或安全接地。称为保护接地或安全接地。 使防雷保护装置（避雷针、避雷线、避雷网）导泄雷使防雷保护装置（避雷针、避雷线、避雷网）导泄雷电流的接地。电流的接地。 为了防止静电引起易燃易爆气体或液体发生火灾或爆炸，为了防止静电引起易燃易爆气体或液体发生火灾或爆炸，而对贮气体或液体管道、容器等设置的接地。而对贮气体或液体管道、容器等设置的接地。工作接地工作接地A中性点直接接地电力系统中性点直接接地电力系统 这种系统中，中性点始终保持零电位。

4、这种系统中，中性点始终保持零电位。 正常运行时，中性点无电流流过。正常运行时，中性点无电流流过。 单相接地时单相接地时 电源故障相、接地点、大地和中性点的电源故障相、接地点、大地和中性点的 接地线构成短路回路。接地线构成短路回路。 接地相短路电流很大。接地相短路电流很大。 措施：继电保护装置将故障相切除。措施：继电保护装置将故障相切除。 优点优点： 单相接地时，中性点电位不变；单相接地时，中性点电位不变； 非故障相对地电压为相电压；非故障相对地电压为相电压； 降低电网绝缘投资。降低电网绝缘投资。 应用在应用在110kV及以上电力网中。及以上电力网中。B中性点不接地电力系统中性点不接地电力系统

5、特点特点： 发生单相接地时，不能构成短路回路，发生单相接地时，不能构成短路回路， 接地相电流是非故障相的零序电容电接地相电流是非故障相的零序电容电 流之和，较小；流之和，较小； 电网线电压的大小和相位不变，不必电网线电压的大小和相位不变，不必 立即切除故障线路；立即切除故障线路； 非故障相对地电压上升为线电压，对非故障相对地电压上升为线电压，对 地绝缘水平需提高，投资较大；地绝缘水平需提高，投资较大； 故障后，继续运行时间不允许超过故障后，继续运行时间不允许超过2h。 应用范围：应用范围： 电压小于电压小于500V的装置；的装置； 3-10kV电力网，且单相接地电流电力网，且单相接地电流 小于

6、小于30A时；时； 发电机直配系统，接地电流小于发电机直配系统，接地电流小于5A； 35kV电力网，单相接地电流小于电力网，单相接地电流小于10A。C中性点经消弧线圈接地电力系统中性点经消弧线圈接地电力系统 根据感性电流对容性电流的补偿程度不同分类：根据感性电流对容性电流的补偿程度不同分类： 全补偿：感性电流全补偿：感性电流=容性电流容性电流 欠补偿：感性电流欠补偿：感性电流容性电流容性电流 功能功能： 不接地系统；对地电容；单相接地；不接地系统；对地电容；单相接地； 故障相接地电流为容性电流；故障相接地电流为容性电流； 电弧不能熄灭；弧光过电压；电弧不能熄灭；弧光过电压； 影响设备安全，造成

7、系统性事故。影响设备安全，造成系统性事故。 装设消弧线圈，构成另一回路；装设消弧线圈，构成另一回路； 流过故障点电流中增加感性电流分量；流过故障点电流中增加感性电流分量； 它们互相补偿、削弱，减小了接地点电流，它们互相补偿、削弱，减小了接地点电流， 电弧易于熄灭，提高了供电可靠性。电弧易于熄灭，提高了供电可靠性。 凡是单相接地电流过大，不满足中性点接地条件的电力网，凡是单相接地电流过大，不满足中性点接地条件的电力网，均可采用此种接线方式。均可采用此种接线方式。 消弧线圈是一个具有铁芯的可调电感线圈。消弧线圈是一个具有铁芯的可调电感线圈。保护接地保护接地A人体触电人体触电 当人体接触带电体或人体

8、与带电体之间产生闪络放电，当人体接触带电体或人体与带电体之间产生闪络放电，并有一定电流通过人体，使部分或整个身体遭到电的刺激并有一定电流通过人体，使部分或整个身体遭到电的刺激或伤害，引起电伤或电击，称为触电。或伤害，引起电伤或电击，称为触电。 电伤主要是电流对人体外部的物理作用，常见的形式电伤主要是电流对人体外部的物理作用，常见的形式有电灼伤、电烙印以及皮肤中渗入熔化的金属物等。有电灼伤、电烙印以及皮肤中渗入熔化的金属物等。 电击是人体的内部器官受到伤害，如电流作用于人体的电击是人体的内部器官受到伤害，如电流作用于人体的神经中枢，使心脏和呼吸机能的正常工作受到破坏，发生抽神经中枢，使心脏和呼吸

9、机能的正常工作受到破坏，发生抽搐和痉挛、失去知觉等现象，也可能使呼吸器官和血液循环搐和痉挛、失去知觉等现象，也可能使呼吸器官和血液循环器官的活动停止或大大减弱。器官的活动停止或大大减弱。B电流强度对人体的危害程度电流强度对人体的危害程度 触电时人体受害的程度与许多因素有关，如通过人体的触电时人体受害的程度与许多因素有关，如通过人体的电流强度、持续时间、电压高低、频率高低、电流通过人体电流强度、持续时间、电压高低、频率高低、电流通过人体的途径以及人体的健康状况等，其中最主要的因素是通过人的途径以及人体的健康状况等，其中最主要的因素是通过人体电流强度的大小、持续时间。当通过人体的电流越大，人体电流

10、强度的大小、持续时间。当通过人体的电流越大，人体的生理反应越明显，致命的危险性也就越大。体的生理反应越明显，致命的危险性也就越大。按通过人体的电流对人体的影响，将电流大致分为三种：按通过人体的电流对人体的影响，将电流大致分为三种：（1） 感觉电流它是人体有感觉的最小电流。感觉电流它是人体有感觉的最小电流。（2） 摆脱电流人体触电后能自主地摆脱电源的最大电流。摆脱电流人体触电后能自主地摆脱电源的最大电流。（3） 致命电流在较短的时间内，危及生命的最小电流。致命电流在较短的时间内，危及生命的最小电流。 一般情况下通过人体的工频电流超过一般情况下通过人体的工频电流超过50 mA时，心脏时，心脏 就会

11、停跳，人就会发生昏迷，很快致死。就会停跳，人就会发生昏迷，很快致死。C保护接地的作用保护接地的作用无保护接地时人触及外壳的电流分布无保护接地时人触及外壳的电流分布 电源的中性点不接地，电机外壳也不接地。电源的中性点不接地，电机外壳也不接地。 某一相绝缘破坏，发生碰壳时，外壳电压某一相绝缘破坏，发生碰壳时，外壳电压 即为相电压。即为相电压。 人若触及外壳即相当于发生单相接地，人若触及外壳即相当于发生单相接地， 就会有非故障相的电容电流之和流过就会有非故障相的电容电流之和流过 人体。人体。 人若触及外壳即相当于发生单相接地，人若触及外壳即相当于发生单相接地， 就会有非故障相的电容电流之和流过就会有

12、非故障相的电容电流之和流过 人体。人体。有保护接地时人触及外壳的电流分布有保护接地时人触及外壳的电流分布 电源的中性点不接地，电机外壳也不接地。电源的中性点不接地，电机外壳也不接地。 人若触及外壳即相当于发生单相接地，人若触及外壳即相当于发生单相接地， 但是此时非故障相的电容电流之和通过但是此时非故障相的电容电流之和通过 人体和接地电阻两条通路流过。人体和接地电阻两条通路流过。 通过人体的电流：通过人体的电流： 上式说明接地电阻越小，上式说明接地电阻越小， 通过人体的电流越小。通过人体的电流越小。因此，适当的选择接地装置的接地电阻，因此，适当的选择接地装置的接地电阻， 就可以保证人身安全。就可

13、以保证人身安全。EEbEbIRRRID对接地电阻值的要求对接地电阻值的要求接地的基本概念接地的基本概念接地接地:防雷装置或电气设备与大地之间的电气连接。防雷装置或电气设备与大地之间的电气连接。接地体接地体:埋入土壤中或混凝土基础中作散流用的导体，又称接地极，埋入土壤中或混凝土基础中作散流用的导体，又称接地极，接地线：连接于接地体与电气设备接地部分之间的金属导线接地线：连接于接地体与电气设备接地部分之间的金属导线 它分为接地干线和接地支线它分为接地干线和接地支线 接地装置：接地体和接地线的总合接地装置：接地体和接地线的总合 1垂直接地体;2接地干线;3接地支线;4电气设备;5水平接地体。 流散电

14、流：接地电流流入地下以后流散电流：接地电流流入地下以后,就通过接地体向大地作半球形散开就通过接地体向大地作半球形散开, 这一接地电流就叫做流散电流这一接地电流就叫做流散电流 由于半球形面积距离接地体距离越远越大，由于半球形面积距离接地体距离越远越大， 因此与其对应的单位长度大地电阻越小。因此与其对应的单位长度大地电阻越小。 在在20米以外的地方，该电阻接近于零。米以外的地方，该电阻接近于零。 因此，可以认为在距离接地体因此，可以认为在距离接地体20以外以外,电流就不再产生电压降了电流就不再产生电压降了 或者说或者说,至距离接地体至距离接地体20m处处,电压已降为零电压已降为零 电工上通常所说的

15、电工上通常所说的“地地”就是这里的地就是这里的地 对地电压就是带电体与电位为零的大地之间的电位差对地电压就是带电体与电位为零的大地之间的电位差 接地电阻的要求接地电阻的要求 大电流接地系统，接地网的接地电压不得超过大电流接地系统，接地网的接地电压不得超过2000V。因此，接地装置的。因此，接地装置的接地电阻应为：接地电阻应为：EEEEIRIR20002000即 小电流接地系统中，当接地装置仅用于高压设备时，接地网的接地电压小电流接地系统中，当接地装置仅用于高压设备时，接地网的接地电压不得超过不得超过250V。因此，接地装置的接地电阻应为：。因此，接地装置的接地电阻应为：EEEEIRIR2502

16、50即 小电流接地系统中，当接地装置为高低压设备共时，接地网的接地电压小电流接地系统中，当接地装置为高低压设备共时，接地网的接地电压不得超过不得超过120V。因此，接地装置的接地电阻应为：。因此，接地装置的接地电阻应为：EEEEIRIR120120即E跨步电压跨步电压 发生接地故障时，人处于分布电压区域内，有两种方式触及不同电位点发生接地故障时，人处于分布电压区域内，有两种方式触及不同电位点而受到电压作用。而受到电压作用。 当人触及漏电外壳，加于人手与脚之间的电压电位差称为接触电压当人触及漏电外壳，加于人手与脚之间的电压电位差称为接触电压Utou。即通常人站在距离设备水平距离即通常人站在距离设

17、备水平距离0.8m的地面上，手触及设备所承受的电压。的地面上，手触及设备所承受的电压。由接触电压引起的触电称为接触电压触电。由接触电压引起的触电称为接触电压触电。 如设备外壳电位为如设备外壳电位为UE，距离设备，距离设备0.8m处地面的电压为处地面的电压为U，则接触电压为，则接触电压为UUUEtou 当人在分布电压区域内跨开一步，两脚间（约当人在分布电压区域内跨开一步，两脚间（约0.8m）所承受的电压）所承受的电压称为跨步电压称为跨步电压Us。 如该两点的电位分别为如该两点的电位分别为U1和和U2，则跨步电位为，则跨步电位为21UUUS 人体所能承受的接触电压和跨步电压的允许值，与通过人体的电

18、流值人体所能承受的接触电压和跨步电压的允许值，与通过人体的电流值的大小、持续时间的长短、地面土壤的电阻率和电流流经人体的途径有关。的大小、持续时间的长短、地面土壤的电阻率和电流流经人体的途径有关。 在大电流接地系统中，他们的允许值分别为：在大电流接地系统中，他们的允许值分别为：tUStUtou25025. 0250 在小电流接地系统中，他们的允许值分别为：在小电流接地系统中，他们的允许值分别为：2 . 05025. 050StouUUF保护接零保护接零接地保护包括两种形式：接地保护包括两种形式：一种是将设备外壳通过各自的接地体与大地紧密相连，一种是将设备外壳通过各自的接地体与大地紧密相连，过去

19、称为保护接地，现在称为过去称为保护接地，现在称为IT系统。系统。一种是将设备外壳通过公共的一种是将设备外壳通过公共的PE线或线或PEN线接地，线接地，过去称为保护接零，现在称为过去称为保护接零，现在称为TN系统。系统。IT系统系统三相三线制系统三相三线制系统TN系统系统TN系统的中性点直接接地，并引出中性线，属于三相四线制系统。系统的中性点直接接地，并引出中性线，属于三相四线制系统。 TN-S系统 TN-C-S系统 TN-C系统 特点：特点：当设备带电部分与外壳相连时，短路电流经外壳和当设备带电部分与外壳相连时，短路电流经外壳和N线（或线（或PE线线）而形成单相而形成单相短路，显然该短路电流较

20、大，可使保护线快速而可靠短路，显然该短路电流较大，可使保护线快速而可靠地动作，将故障部分与电源断开，消除触电危险。地动作，将故障部分与电源断开，消除触电危险。接零回路中的电阻电阻远小于人体电阻，在电路未断开以前的时接零回路中的电阻电阻远小于人体电阻，在电路未断开以前的时间内，短路电流几乎全部通过接零回路，通过人体的电流接近于间内，短路电流几乎全部通过接零回路，通过人体的电流接近于零。零。以上原因，使人体的安全得到保证。以上原因，使人体的安全得到保证。重复接地重复接地 未重复接地 已重复接地 发生零线断线，发生零线断线，当断线后的设备发生碰壳时，当断线后的设备发生碰壳时，外壳对地电压为相电压，外

21、壳对地电压为相电压，当人碰触设备外壳时，较危险。当人碰触设备外壳时，较危险。发生零线断线，发生零线断线，当断线后的设备发生碰壳时，当断线后的设备发生碰壳时，外壳对地电压外壳对地电压 ，小于相电压，减轻对人体的危害程度。小于相电压，减轻对人体的危害程度。EEERIU防雷接地防雷接地A雷的形成雷的形成雷的形成过程：雷的形成过程：地面湿气受热上升、空中与冷气团相遇、地面湿气受热上升、空中与冷气团相遇、凝成水滴或冰晶，形成积云；凝成水滴或冰晶，形成积云；积云在强气流作用下，形成带正负电荷积云在强气流作用下，形成带正负电荷的雷云；的雷云； 在气流的撞击和摩擦下，雷云中电荷积累；在气流的撞击和摩擦下，雷云

22、中电荷积累；正负雷云间出现强大电场；正负雷云间出现强大电场；近地雷云与大地和建筑物间感应出电荷，近地雷云与大地和建筑物间感应出电荷，雷云与建筑物间出现强大电场；雷云与建筑物间出现强大电场；先导放电；先导放电；主放电；主放电；B雷电过电压雷电过电压雷电过电压又称为大气过电压或外部过电压。雷电过电压又称为大气过电压或外部过电压。它是由于变配电系统内的设备或建筑物遭到来自大气中的它是由于变配电系统内的设备或建筑物遭到来自大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压。雷击或雷电感应而引起的过电压。雷电过电压有两种基本形式：雷电过电压有两种基本形式：直击雷：即直接雷击。直击雷：即直接雷击。 是雷电直接击中建筑物

23、、电气设备、供电线路，是雷电直接击中建筑物、电气设备、供电线路， 其过电压引起的强大的雷电流通过这些物体放电其过电压引起的强大的雷电流通过这些物体放电 进入大地，从而产生破坏性极大的热效应和机进入大地，从而产生破坏性极大的热效应和机 械效应，相伴的还有电磁效应和闪络放电。械效应，相伴的还有电磁效应和闪络放电。感应雷：即雷电感应。感应雷：即雷电感应。 它是雷电对设备、线路和其它物体的静电感应所它是雷电对设备、线路和其它物体的静电感应所 引起的过电压。引起的过电压。C雷电的危害雷电的危害雷电流波形 波幅 波头波尾特点：特点：幅值很大、陡度很高的冲击电流；幅值很大、陡度很高的冲击电流；雷电流在雷电流在1-4微秒内增长到幅值。微秒内增长到幅值。(1) 雷电的热效应雷电的热效应雷电产生强大的热能使金属熔化，雷电产生强大的热能使金属熔化， 烧断输电导线，摧毁用电设备，烧断输电导线，摧毁用电设备， 甚至引起火灾和爆炸。甚至引起火灾和爆炸。(2) 雷电的机械效应雷电的机械效应 雷电产生强大的电动力可以击毁雷电产生强大的电动力可以击毁 电杆，破坏建筑物，人畜亦不能电杆，破坏建筑物，人畜亦不能 幸免。幸免。(3) 雷电的闪络放电雷电的闪络放电 雷电产生的高电压会引起绝缘子雷电产生的高电压会引起绝缘子 烧坏，断路器跳闸，导致供电线烧坏，断路器跳闸，导致供电线